【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信息。監(jiān)聽(tīng)協(xié)議又分為寫 — 修改協(xié)議和寫 — 無(wú)效協(xié)議。 MESI協(xié)議是采用寫 — 無(wú)效監(jiān)聽(tīng)協(xié)議 . 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 Cache存儲(chǔ)器 每個(gè) cache行有兩個(gè)狀態(tài)位 ,用于描述該行當(dāng)前處于 M、 E、 S、 I中的哪種狀態(tài) ,從而決定它的讀 /寫操作行為。這四種狀態(tài)的定義是 : 修改態(tài) (M):此 cache行以被修改過(guò)，內(nèi)容不同于主存并且為此 cache專有； 專有態(tài) (E):此 cache行內(nèi)容同于主存，但不出現(xiàn)在其它 cache中； 共享態(tài) (S):此 cache行內(nèi)容同于主存，但也出現(xiàn)在其它 cache中； 無(wú)效態(tài) (I):此 cache行內(nèi)容無(wú)效 (空行 )。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 Cache存儲(chǔ)器 奔騰 PC機(jī)的 cache 奔騰 PC機(jī)采用兩級(jí) cache結(jié)構(gòu)。安裝在主板上的 2級(jí)cache(L2)采用 2路組相聯(lián)映射方式，集成在 CPU內(nèi)的 1級(jí) cache(L1)也采用 2路組相聯(lián)映射方式， L1又是 L2的子集，從而使 L1未命中處理時(shí)間大大縮短。 CPU中的 L1分設(shè)成各 8KB的指令 cache和數(shù)據(jù) cache,有利于CPU高速執(zhí)行程序。 數(shù)據(jù) cache采用 2路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用 LRU替換算法，一組兩行共用一個(gè) LRU二進(jìn)制位。數(shù)據(jù) cache的工作方式受 CPU控制寄存器 CR0中 CD和 NW位組合狀態(tài)控制，如下表 。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 Cache存儲(chǔ)器 表 奔騰 CPU片內(nèi)數(shù)據(jù) cache工作方式 其中 CD=1,NW=1時(shí)復(fù)位后狀態(tài)，而CD=0,NW=0時(shí)最佳使用狀態(tài) CD NW 新行填入 全寫法 使無(wú)效 0 0 允許 允許 允許 1 0 禁止 允許 允許 1 1 禁止 禁止 禁止 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 Cache存儲(chǔ)器 兩級(jí) cache和主存之間的工作環(huán)境方框圖演示 ..\..\..\組成原理 白中英網(wǎng)絡(luò)版 \Chap03\images\ CPU與外部數(shù)據(jù)交換時(shí)，存儲(chǔ)器讀寫總線周期主要有兩類 : 一類是 256位猝發(fā)式傳送，用于 L1的行填入和行寫出 ,一次完成整行的填入或?qū)懗觥? 另一類是不經(jīng) L1的 64位傳送 ，此時(shí) CHACE僅為高電平，稱為非超高速緩存式傳送。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 Cache存儲(chǔ)器 L2級(jí) cache采用的是寫回法， L1級(jí)數(shù)據(jù)cache采用的是寫一次法。為了維護(hù) cache的一致性， L1和 L2均采用 MESI協(xié)議 ,即要求每個(gè)cache行有兩個(gè)狀態(tài)位，用以描述該行當(dāng)前是處于修改態(tài)、專有態(tài)、共享態(tài)或者無(wú)效態(tài)中的哪種狀態(tài)，從而決定對(duì)它的讀 /寫操作行為。 總之， L2級(jí) cache的內(nèi)容是主存的子集，而L1級(jí) cache又是 L2級(jí) cache的子集。 L2負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的 cache/主存一致性， L1負(fù)責(zé)響應(yīng) L2，與 L2一起維護(hù) L1/L2兩個(gè) cache的一致性，保證三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的一致性。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 虛擬存儲(chǔ)器只是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器。 它借助于磁盤等輔助存儲(chǔ)器來(lái)擴(kuò)大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。 它指的是主存 外存層次。以透明的方式給用戶提供了一個(gè)比實(shí)際主存空間大得多的程序地址空間。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 注意 ： 物理地址 由 CPU地址引腳送出，用于訪問(wèn)主存的地址。 虛擬地址 由編譯程序生成的，是程序的邏輯地址，其地址空間的大小受到輔助存儲(chǔ)器容量的限制。 主存 外存層次和 cache主存層次用的地址變換映射方法和替換策略是相同的，都基于 程序局部性原理 。 它們遵循的原則是： 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 ①把程序中最近常用的部分駐留在高速的存儲(chǔ)器中。 ②一旦這部分變得不常用了，把它們送回到低速的存儲(chǔ)器中。 ③這種換入換出是由硬件或操作系統(tǒng)完成的，對(duì)用戶是透明的。 ④力圖使存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能接近高速存儲(chǔ)器，價(jià)格接近低速存儲(chǔ)器 。 兩種存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于： 在虛擬存儲(chǔ)器中未命中的性能損失要遠(yuǎn)大于 cache系統(tǒng)中未命中的損失。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 外存層次的基本信息傳送單位 主存 外存層次的基本信息傳送單位可采用幾種不 段是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分成的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分，作為獨(dú)立的邏輯單位。 優(yōu)點(diǎn)是段的邏輯獨(dú)立性使它易于編譯、管理、修改和保護(hù) ,也便于多道程序共享；某些類型的段具有動(dòng)態(tài)可變長(zhǎng)度 ,允許自由調(diào)度以便有效利用主存空間。 缺點(diǎn)是因?yàn)槎蔚拈L(zhǎng)度各不相同，起點(diǎn)和終點(diǎn)不定，給主存空間分配帶來(lái)麻煩，而且容易在段間留下許 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 頁(yè)是主存物理空間中劃分出來(lái)的等長(zhǎng)的固定區(qū)域。 優(yōu)點(diǎn)是頁(yè)面的起點(diǎn)和終點(diǎn)地址是固定的 ,方便造頁(yè)表 ,新頁(yè)調(diào)入主存也很容易掌握，比段式空間浪費(fèi)小。 缺點(diǎn)是處理、保護(hù)和共享都不及段式來(lái)得方便。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 段頁(yè)式管理采用分段和分頁(yè)結(jié)合的方法。 程序按模塊分段，段內(nèi)再分頁(yè)，進(jìn)入主存以頁(yè)為基本信息傳送單位，用段表和頁(yè)表進(jìn)行兩級(jí)定位管理。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，虛擬空間分成頁(yè)，稱為 邏輯頁(yè) ；主存空間也分成同樣大小的頁(yè)，稱為 物理頁(yè) 。 虛存地址分為兩個(gè)字段：高字段為邏輯頁(yè)號(hào)，低字段為頁(yè)內(nèi)行地址。 實(shí)存地址也分兩個(gè)字段：高字段為物理頁(yè)號(hào)，低字段為頁(yè)內(nèi)行地址。 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 存儲(chǔ)器 頁(yè)表中每一個(gè)虛存邏輯頁(yè)號(hào)有一個(gè)表目，表目?jī)?nèi)容包含該邏輯頁(yè)所在的主存頁(yè)面地址(物理頁(yè)號(hào) ),用它作為實(shí)存地址的高字段，與虛存地址的頁(yè)內(nèi)行地址字段相拼接，產(chǎn)生完整的實(shí)主存地址，據(jù)此來(lái)訪問(wèn)主存。頁(yè)式管理的地址變換演示 ..\..\..\組成原理 白中英網(wǎng)絡(luò)版 \Chap03\images\ 存貯系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 為了避免頁(yè)表已保存或已調(diào)入主存儲(chǔ)器時(shí)對(duì)主